CN104292401A

CN104292401A - 一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104292401A
Application number: CN201410515085.7A
Authority: CN
Inventors: 翟红波; 杨振枢; 韦洪屹
Original assignee: Suzhou Polymer New Materials Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Polymer New Materials Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明公开了一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，组分及各组分的质量分数如下：木纤维20~40份，聚丙烯60~90份，马来酸酐2~8份，聚乳酸10~16份，碳纤维1~5份，玻璃纤维5~15份，磷酸三丁酯1~3份，戊烷1~2份，环氧大豆油1~5份，二乙烯三胺3~10份，硬脂酸3~8份，丙三醇2~8份，羧乙基纤维素2~5份，增稠剂5~10份，阻燃剂1~3份。木纤维复合材料表现出了更为优良的力学性能，成为替代部分传统塑料的上佳选择，制得的木纤维增强聚丙烯复合材料各项性能指标均达到丙烯酸的性能，完全可以以以木纤维来替代聚丙烯，研制环境友好型材料。

Description

一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，能源危机、资源匮乏和环境污染等全球问题越来越严重，引起了世界各国的高度关注。譬如，石油是一种不可再生能源，截至 2011 年底，世界石油探明储量约为 1.6526 万亿桶，按照目前的消费速度，预计不到 50 年将被耗尽。当下，石油危机越演越烈，已经成为不可忽视的全球能源危机之一，以致某些国家为争夺石油资源而不惜发动战争。针对目前石油资源紧张的现状，世界各国积极研究各类解决方案，其中最主要的有两种应对措施：一关注可再生能源的开发利用以求减小对常规能源和常规能源衍生产物的消耗；二着力于发展研究和开发利用诸如构树纤维、竹纤维、麻纤维等天然植物纤维、壳聚糖、甲壳素一类的“环境友好型材料”。其中，天然植物纤维具有优良的力学性能、开发利用的成本低、资源非常丰富、对环境友好且可再生利用。天然植物纤维在自然界中的总量多达 26.5×10¹⁰t，大大超过了世界石油探明储量。因此，世界各国政府和研究者非常重视天然植物纤维这种可替代不可再生能源的“绿色材料”。

天然植物纤维资源广泛、种类繁多，目前在植物纤维复合材料领域研究涉及的主要有麻类纤维、竹原纤维、甘蔗渣纤维、椰子壳纤维以及其他植物的茎秆纤维等，而木纤维在复合材料领域内的应用尚处于一片空白，因此，开发木纤维复合材料具有相当广阔的应用前景。

天然植物纤维增强复合材料的研究前景非常广阔，国内对此研究比较普遍，积累了丰富经验并完善了复合理论。由于存在天然植物纤维表面的亲水极性及热塑性树脂表面的疏水非极性，以致两者间界面相容性差，影响了复合材料综合力学性能。为了改善界面相容性，供选择的方法较多，总括可分为3类：植物纤维表面改性为第一类，热塑性塑料改性为第二类，在聚合物共混体系中加入第三组份增容剂为第三类。目前有研究人员对木纤维进行改性，改善疏水的非极性热塑性塑料与亲水的极性植物纤维之间界面结合作用，评价了改性木纤维对LDPE和木纤维复合材料力学性能的影响。还有通过马来酸酐接枝EPDM对木纤维进行改性处理，降低纤维极性和吸水性，使木纤维均匀分布于基体内，与PP形成良好的界面结合作用，从而提高复合材料的力学性能。丁筠等通过对木纤维改性进而分析了对木纤维增强聚氯乙烯基复合材料力学性能的影响。福建师范大学的薛涵与等研究了竹纤维的表面改性及其复合材料，研究结果显示：竹纤维经接枝改性后，在竹粉／聚丙烯复合材料中起到了增韧作用,使复合材料的冲击强度、断裂伸长率及最大弯曲偏转得到了极显著地提高。

综合上述研究者的研究成果可以看出，以木纤维增强聚丙烯复合材料是可行的，具有研究价值。

发明内容

本发明的目的是要提供一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，木纤维复合材料表现出了更为优良的力学性能，成为替代部分传统塑料的上佳选择，制得的木纤维增强聚丙烯复合材料各项性能指标均达到丙烯酸的性能，完全可以以以木纤维来替代聚丙烯，研制环境友好型材料，木纤维掺杂制得的复合材料必将成为替代不可再生材料和不可降解传统塑料的新型材料，值得大力发展及推广，应用前景非常广阔。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 20~40份，聚丙烯 60~90份，马来酸酐 2~8份，聚乳酸 10~16份，碳纤维 1~5份，玻璃纤维 5~15份，磷酸三丁酯 1~3份，戊烷 1~2份，环氧大豆油 1~5份，二乙烯三胺 3~10份，硬脂酸 3~8份，丙三醇 2~8份，羧乙基纤维素 2~5份，增稠剂5~10份，阻燃剂 1~3份。

所述增稠剂为氧化锌或者氧化镁。

所述阻燃剂为氢氧化镁或者硼酸锌。

所述玻璃纤维长度在0.3~0.6mm之间。

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数优选如下：木纤维 25~35份，聚丙烯 70~80份，马来酸酐 4~6份，聚乳酸 12~15份，碳纤维 2~4份，玻璃纤维 8~14份，磷酸三丁酯 1~2份，戊烷 1~2份，环氧大豆油 1~4份，二乙烯三胺 4~8份，硬脂酸 4~7份，丙三醇 4~6份，羧乙基纤维素 2~4份，增稠剂6~8份，阻燃剂 1~3份。

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数优选如下：木纤维 30份，聚丙烯 75份，马来酸酐 5份，聚乳酸 14份，碳纤维 3份，玻璃纤维 12份，磷酸三丁酯 1.8份，戊烷 1.5份，环氧大豆油 3份，二乙烯三胺 6份，硬脂酸 5.8份，丙三醇 5份，羧乙基纤维素 3份，增稠剂7份，阻燃剂 2份。

一种木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，将各物料按比例加入到高速混合机中，115~125℃下混合20min，高速混合机转速为350~500rmp，然后将混合好的物料加入混炼型螺杆，使物料混炼塑化均匀，工艺控制如下：1区80~90℃，2区 95~105℃，3区 110~120℃，4区125~135℃，机头温度为200℃，螺杆转速为30~50rpm；最后将混炼塑化后的物料进入压延机辊筒采用蒸汽加热，加热至108℃，使物料进一步塑化均匀，然后冷却至室温，出料。

混炼型螺杆工艺控制如下：1区85℃，2区 100℃，3区 115℃，4区130℃，螺杆转速为40rpm。

有益效果：本发明提供一种木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，木纤维复合材料表现出了更为优良的力学性能，成为替代部分传统塑料的上佳选择，制得的木纤维增强聚丙烯复合材料各项性能指标均达到丙烯酸的性能，完全可以以以木纤维来替代聚丙烯，研制环境友好型材料，木纤维掺杂制得的复合材料必将成为替代不可再生材料和不可降解传统塑料的新型材料，值得大力发展及推广，应用前景非常广阔。

具体实施方式

玻璃纤维长度在0.3~0.6mm之间。

实施例1：

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 20份，聚丙烯 60份，马来酸酐 2份，聚乳酸 10份，碳纤维 1份，玻璃纤维 5份，磷酸三丁酯 1份，戊烷 1份，环氧大豆油 1份，二乙烯三胺 3份，硬脂酸 3份，丙三醇 2份，羧乙基纤维素 2份，增稠剂氧化锌5份，阻燃剂氢氧化镁 1份。

将各物料按比例加入到高速混合机中，115~125℃下混合20min，高速混合机转速为350~500rmp，然后将混合好的物料加入混炼型螺杆，使物料混炼塑化均匀，工艺控制如下：1区85℃，2区 100℃，3区 115℃，4区130℃，机头温度为200℃，螺杆转速为40rpm；最后将混炼塑化后的物料进入压延机辊筒采用蒸汽加热，加热至108℃，使物料进一步塑化均匀，然后冷却至室温，出料。

实施例2：

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 40份，聚丙烯 90份，马来酸酐 8份，聚乳酸 16份，碳纤维 5份，玻璃纤维 15份，磷酸三丁酯 3份，戊烷 2份，环氧大豆油 5份，二乙烯三胺 10份，硬脂酸 8份，丙三醇 8份，羧乙基纤维素 5份，增稠剂氧化锌10份，阻燃剂氢氧化镁 3份。

实施例3：

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 27份，聚丙烯 79份，马来酸酐 4份，聚乳酸 13份，碳纤维 3份，玻璃纤维 9份，磷酸三丁酯 3份，戊烷 1份，环氧大豆油 4份，二乙烯三胺 6份，硬脂酸 4份，丙三醇 4份，羧乙基纤维素 3份，增稠剂氧化锌7份，阻燃剂氢氧化镁 2份。

实施例4

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 25份，聚丙烯 70份，马来酸酐 4份，聚乳酸 12份，碳纤维 2份，玻璃纤维 8份，磷酸三丁酯 1份，戊烷 1份，环氧大豆油 1份，二乙烯三胺 4份，硬脂酸 4份，丙三醇 4份，羧乙基纤维素 2份，增稠剂氧化镁 6份，阻燃剂硼酸锌 1份。

实施例5

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 35份，聚丙烯 80份，马来酸酐 6份，聚乳酸 15份，碳纤维 4份，玻璃纤维 14份，磷酸三丁酯 2份，戊烷 2份，环氧大豆油 4份，二乙烯三胺 8份，硬脂酸 7份，丙三醇 6份，羧乙基纤维素 4份，增稠剂氧化镁 8份，阻燃剂硼酸锌 3份。

实施例6

一种木纤维增强聚丙烯复合材料，组分及各组分的质量分数如下：木纤维 30份，聚丙烯 75份，马来酸酐 5份，聚乳酸 14份，碳纤维 3份，玻璃纤维 12份，磷酸三丁酯 1.8份，戊烷 1.5份，环氧大豆油 3份，二乙烯三胺 6份，硬脂酸 5.8份，丙三醇 5份，羧乙基纤维素 3份，增稠剂氧化镁 7份，阻燃剂硼酸锌 2份。

对实施例1~6制备得到的木纤维增强聚丙烯复合材料进行性能测试，测试标准参见相应国家标准。以聚丙烯作为对照，测试结果见表1。

表1：

	缺口冲击强度(KJ/M2)	断裂伸长度/%	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa
					实施例1	3.4	220	31	39
实施例2	3.1	230	32	38
					实施例3	3.3	258	34	43
实施例4	4.5	340	42	46
					实施例5	4.8	370	41	52
实施例6	5.9	420	47	66
					聚丙烯	2.2~5	200~400	21~39	42~56

Claims

1.一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于组分及各组分的质量分数如下：木纤维 20~40份，聚丙烯 60~90份，马来酸酐 2~8份，聚乳酸 10~16份，碳纤维 1~5份，玻璃纤维 5~15份，磷酸三丁酯 1~3份，戊烷 1~2份，环氧大豆油 1~5份，二乙烯三胺 3~10份，硬脂酸 3~8份，丙三醇 2~8份，羧乙基纤维素 2~5份，增稠剂5~10份，阻燃剂 1~3份。

2.根据权利要求1所述的一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增稠剂为氧化锌或者氧化镁。

3.根据权利要求1所述的一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为氢氧化镁或者硼酸锌。

4.根据权利要求2所述的一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维长度在0.3~0.6mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：组分及各组分的质量分数如下：木纤维 25~35份，聚丙烯 70~80份，马来酸酐 4~6份，聚乳酸 12~15份，碳纤维 2~4份，玻璃纤维 8~14份，磷酸三丁酯 1~2份，戊烷 1~2份，环氧大豆油 1~4份，二乙烯三胺 4~8份，硬脂酸 4~7份，丙三醇 4~6份，羧乙基纤维素 2~4份，增稠剂6~8份，阻燃剂 1~3份。

6.根据权利要求5所述的一种木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：组分及各组分的质量分数如下：木纤维 30份，聚丙烯 75份，马来酸酐 5份，聚乳酸 14份，碳纤维 3份，玻璃纤维 12份，磷酸三丁酯 1.8份，戊烷 1.5份，环氧大豆油 3份，二乙烯三胺 6份，硬脂酸 5.8份，丙三醇 5份，羧乙基纤维素 3份，增稠剂7份，阻燃剂 2份。

7.权利要求1~6中任意一项所述一种木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：将各物料按比例加入到高速混合机中，115~125℃下混合20min，高速混合机转速为350~500rmp，然后将混合好的物料加入混炼型螺杆，使物料混炼塑化均匀，工艺控制如下：1区80~90℃，2区 95~105℃，3区 110~120℃，4区125~135℃，机头温度为200℃，螺杆转速为30~50rpm；最后将混炼塑化后的物料进入压延机辊筒采用蒸汽加热，加热至108℃，使物料进一步塑化均匀，然后冷却至室温，出料。

8.根据权利要求7所述一种木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：混炼型螺杆工艺控制如下：1区85℃，2区 100℃，3区 115℃，4区130℃，螺杆转速为40rpm。